JP2006116586A - パイプの曲げ加工方法および装置 - Google Patents

Abstract

【要 約】
【課 題】 プッシュロータリー式曲げ加工装置を改良し、比較的大きな曲げ半径に曲げ加工中の薄肉パイプの曲げ内側にしわを発生させないパイプの曲げ加工装置および方法を提供する。
【解決手段】 溝２Ｕをもつ曲り部の始端側にパイプ保持部を備えた曲げ型２と、曲げ型を曲り部終端側ほど回転半径が減少するように回転中心位置を偏心させて回転可能に軸支する回転軸１１と、溝３Ｕをもち該溝と曲げ型の溝とでパイプＷを挟持して転がり移動可能な押し型３と、該押し型を、前記曲りの部の回転軸１１に向かって押すアクチュエータ４と、パイプ保持部で一端部を保持されたパイプの他端部をチャック６で掴んでアクチュエータ５で管軸方向荷重を付加可能な張力付加部とを有する曲げ加工装置である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、パイプの曲げ加工装置および方法に関する。

パイプを曲げ加工する簡素な装置としてプッシュロータリー式曲げ加工装置（例えば（株）太洋製「プッシュロータリーベンダー」；特許文献１）が知られている。この装置は、例えば図２に示すように、装置台１上に回転軸１１が取り付けられている。回転軸１１は、パイプＷの曲げ形状に対応した溝２Ｕをもつ曲り部の始端側にクランプフレーム９を設けた曲げ型２を、該曲げ型２の曲り部終端側ほど回転半径が減少するように回転中心位置を偏心させて回転可能に軸支している。また回転軸１１は、曲げ型２の曲りの曲率半径超の長さをもつアーム７の一端部を、該アーム７が曲げ型２と非干渉に旋回可能に、軸支している。アーム７は、装置台１上の初期位置（曲げ型２の初期位置における曲りの始端部と終端部との間でクランプフレーム９と隣接する位置）に固定可能であり、その他端部には、回転軸１１に向かう押し力を発生可能な加圧用アクチュエータ４と、パイプの曲げ形状に対応した溝３Ｕをもち加圧用アクチュエータ４の押し力を受けて曲げ型２の曲りに沿って転がり移動可能な押し型３とが取り付けられている。

上記プッシュロータリー式曲げ加工装置を用いてパイプを曲げ加工するには、図２に示すように、アーム７を初期位置に固定する。なお、この例では、アーム７の初期位置は、アーム７の長さ方向が装置台１に設定したＹ方向と平行になる位置とし、クランプフレーム９はアーム７の右隣りに位置するようにした。そして、パイプＷの曲げ加工始端部を曲げ型２と押し型３の間に通してクランプフレーム９に挿入し、クランプ１０で曲げ型２に固定する。すなわち、パイプＷの曲げ加工終端部はアーム７に関してクランプフレーム９の反対側に位置する。なお、初期位置のパイプＷの管軸方向は装置台１に設定したＸ方向と平行にとっている。

次いで、アクチュエータ４でロール状の押し型３に、回転軸１１に向かう押し力を付加すると、パイプＷはクランプ１０による固定部を支点として曲げ型２に未接触の側（図では左側）が押し力の向きに曲がり始め、それに伴いロール状の押し型３が左回り（反時計回り）の回転力を獲得し、この回転力がパイプＷを介して曲げ型２に伝達されて曲げ型２が右回り（時計回り）に回転する。回転した曲げ型２のクランプ１０部から押し型３にかけての曲り部分にはそれまでに押されたパイプＷ部分が倣う。この加工過程が、曲りの終端部が押し型３に至るまで連続的に進行し、最終的にパイプＷの曲げ加工始端部から終端部までの曲げ加工が完了する。

パイプＷは曲げ型２の溝２Ｕと押し型３の溝３Ｕとで挟圧されながら曲げられることになるから、その挟圧中の部位は曲げ加工と同時に絞り（管周方向の縮径）加工を受ける。
すなわち、プッシュロータリー式曲げ加工装置では、１つのアクチュエータ４を用いた簡素な装置構成で曲げ加工と絞り加工とを同時に行うことができる。
実公昭５５−７２９２号公報

しかしながら、上記従来のプッシュロータリー式曲げ加工装置で薄肉パイプ（とくに肉厚対外径の比ｔ/Ｄが０．０３以下のもの）を曲げ加工すると、曲げ半径Ｒが、例えば６００ｍｍ程度以上であるような、比較的大きい場合でも、曲げ内側（曲げ内周部側）にしわが発生するという問題があった。
本発明は、この問題を解決し、プッシュロータリー式の曲げ加工装置において、比較的大きな曲げ半径に曲げ加工中の薄肉パイプの曲げ内側にしわを発生させないようにしたパイプの曲げ加工装置、および該装置を用いた好適なパイプの曲げ加工方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討し、その結果、曲げ部（すなわち、曲げ型に既に接触した部分と未だ接触していない部分との境界に相当する管軸方向部位）が絞り加工（縮径加工）を受けつつあるパイプ（管）に管軸方向の張力を付加することにより、曲げ内側のしわ発生を抑制できることを見出し、本発明をなした。すなわち、本発明は以下のとおりである。

（発明項１） パイプの曲げ形状に対応する溝をもつ曲り部の始端側にパイプ保持部を備えた曲げ型と、該曲げ型を曲り部終端側ほど回転半径が減少するように回転中心位置を偏心させて回転可能に軸支する回転軸と、パイプの曲げ形状に対応する溝をもち該溝と曲げ型の溝とでパイプを挟持して転がり移動可能な押し型と、該押し型を、前記曲り部の回転軸に向かって押すアクチュエータと、前記パイプ保持部で一端部を保持されたパイプの他端部に管軸方向荷重を付加可能な張力付加部とを有することを特徴とするパイプの曲げ加工装置。

（発明項２） 前記曲げ型の溝の弧長と前記押し型の溝の弧長の和は、曲げ加工前のパイプの周長よりも小さいことを特徴とする発明項１記載のパイプの曲げ加工装置。
（発明項３） 前記張力付加部は、回転可能、および/または前記アクチュエータの押し方向に移動可能に設けられたことを特徴とする発明項１または２に記載のパイプの曲げ加工装置。

（発明項４） 前記回転軸を駆動する手段を設けた発明項１〜３のいずれかに記載のパイプの曲げ加工装置。
（発明項５） 発明項１〜４のいずれかに記載の装置を用い、前記パイプ保持部に一端部を保持せしめたパイプの他端部に管軸引張荷重を付加しつつ、該パイプを前記曲げ型と押し型で挟持し、該押し型を前記アクチュエータで前記回転軸に向かって押して前記曲げ型を偏心回転させることにより該パイプを曲げると共に曲げ部に絞り加工を施すことを特徴とするパイプの曲げ加工方法。

（発明項６） 前記管軸引張荷重は下記式（１）で定義される管軸方向張力比が０．０１以上になるように付加し、前記絞り加工は下記式（２）で定義される曲げ部周長絞り率が０．５％以上になるように付加することを特徴とする発明項５記載のパイプの曲げ加工方法。
記
管軸方向張力比＝管軸引張荷重/（素管断面積×素管降伏強度）‥‥‥‥（１）
曲げ部周長絞り率＝（素管周長−曲げ加工後の管周長）/素管周長×１００（％）‥‥‥‥（２）
ここで、素管とは曲げ加工前のパイプを指す。

本発明によれば、パイプの曲げ部に絞り加工を付加しつつ管軸方向の張力を加えることができる。これにより、曲げ内側に管軸方向の引張応力が発生し、この引張応力が、曲げ加工による曲げ内側の管軸方向の圧縮応力を効果的に緩和するので、薄肉のパイプを比較的大きな曲げ半径に曲げ加工する際、曲げ内側にしわが発生するのを有効に抑止することができる。

図１は、本発明装置の一例を示す平面図である。これはパイプＷを装置にセットした初期状態を示した。図１において、図２と同一または相当部材には同じ符号を付し、詳しい説明は省略する。なお、図２と同一または相当部分に関して説明を補足すると、クランプフレーム９およびクランプ１０が本発明にいうパイプ保持部をなす。また、曲げ型２をその曲り部の始端側から終端側へ向かうほど回転半径が減少するように回転中心位置を偏心させて回転可能に軸支したのは、曲り部の途中に曲りの始端よりも大きい回転半径の部分があるとロール状の押し型３が回転を停止し、パイプＷの曲げ加工が困難となるためである。

また、押し型３として、この例では外周に溝を設けたロール状の押し型を加圧用アクチュエータ４に付設したロール保持部８で保持しているが、これの代わりに、前記曲げ型２の曲りとの対向面に溝を設けたレール状の押し型（不図示）を、これとアクチュエータ４との間に転動自在に配設したローラ（不図示）を介して、アクチュエータ４で押すようにしてもよい。レール状の押し型は、ローラの押し力を受けて曲げ型２を回転させるから、曲げ型２の側からみれば、曲げ型２の曲がりに沿った転がり移動と同等の動作をすることになる。

また、曲げ部の絞り加工を容易に行うには、曲げ型２と押し型３とは、双方の溝の弧長の和が曲げ加工前のパイプの周長よりも小さいものを用いることが好ましい。
本発明装置では、従来のプッシュロータリー式曲げ加工装置にない張力付加部を有する。この張力付加部は、パイプ保持部で一端部を保持されたパイプの他端部に管軸方向荷重を付加可能な手段として、パイプＷの曲げ終端部を掴むチャック６と該チャック６に引張力を及ぼすアクチュエータ（張力付加用アクチュエータ）５で構成されている。これにより、パイプＷに管軸方向の張力を付加することができる。

ところで、曲げ加工の進行につれて溝２Ｕ、３ＵによるパイプＷの挟持位置（すなわち曲げ部の位置）は回転軸１１に近づくから、張力付加部が装置台１に固定されていると、パイプＷに管軸方向張力以外の余分な力が加わり、パイプＷの未加工部が変形するか、あるいは前記余分な力の反力により張力付加部を損傷するおそれがある。このおそれを解消するために、張力付加部は、回転可能、または加圧用アクチュエータ４の押し方向に移動可能に配設することが好ましい。その例として図１には、張力付加用アクチュエータ５を回転軸１２で回転可能に軸支し、曲げ部の位置変化に追従して張力付加部が回転できるようにしている。また、張力付加部を加圧用アクチュエータの押し方向に移動させる手段（例えば移動面板など）を設けると、上記のようなおそれの解消に加え、より大きな曲げ角度が得られるので好ましい。

また、本発明装置では、基本的には曲げ型２の回転軸１１が駆動されなくとも、加圧用アクチュエータ４の押し力によって生じる回転力により曲げ型２が曲げ加工進行方向に偏心回転しうるのであるが、管軸方向張力の制御をより精確に行う観点からすれば、回転軸１１を駆動する手段（例えば電動モータあるいは流体圧力駆動モータなど）を設けることが好ましい。

上記本発明装置の用法は、図１のような初期状態でパイプＷを装置にセットしたのち、張力付加用アクチュエータ５で管軸引張荷重を付加しつつ、加圧用アクチュエータ４で押し型３を曲げ型２に押付けるだけでよい。これにより、パイプの曲げ部に管軸方向張力と管周方向縮径力とを同時に作用させながら曲げ加工を行うことができ、したがって、薄肉のパイプを比較的大きな曲げ半径に曲げ加工する際、曲げ内側にしわが発生するのを有効に抑止することができる。

このとき、管軸引張荷重を、下記式（１）で定義される管軸方向張力比が０．０１以上になるように付加し、かつ、絞り加工を、下記式（２）で定義される曲げ部周長絞り率が０．５％以上になるように付加すると、しわ発生抑止効果がさらに顕著となるため好ましい。
記
管軸方向張力比＝管軸引張荷重/（素管断面積×素管降伏強度）‥‥‥‥（１）
曲げ部周長絞り率＝（素管周長−曲げ加工後の管周長）/素管周長×１００（％）‥‥‥‥（２）
ここで、素管とは曲げ加工前のパイプを指す。

もっとも、管軸方向張力比が１．０超となるように管軸引張荷重を付加しようとすると、該荷重を付加する動力源としての例えば油圧シリンダ等の能力を含め大規模な設備が必要となるため、管軸方向張力比は１．０以下とするのが好ましい。
また、曲げ部周長絞り率が５．０％を超えるような絞り加工では、曲げ部の管外径が過小となって、製品の実用性に乏しくなるため、曲げ部周長絞り率は５．０％以下とするのが好ましい。

図１に例示した形態の本発明装置を用い、表１に示す対象パイプに表１に示す条件で曲げ加工を施し、曲げ内側のしわ発生の程度を調べた結果を表１に示す。ここで、加圧用、張力付加用の各アクチュエータとしては油圧シリンダを用いた。管軸方向張力比は、張力付加用アクチュエータの設定を変えることにより変化させた。曲げ部周長絞り率は、用いる曲げ型の溝とロール状の押し型の溝との弧長の和を違えることにより変化させた。

表１より、比較例では許容範囲を超えるしわが発生したのに対し、本発明例では、しわが発生してもその程度は許容範囲内に収まり、とくに、適正な曲げ加工条件（管軸方向張力比が０．０１以上の範囲、曲げ部周長絞り率が０．５％以上の範囲）で成形したパイプにはしわが全く発生しなかった。
なお、比較例のうち、管軸方向張力比が０以下のものは、張力付加用アクチュエータとして用いた油圧シリンダの付勢力を、引張側（＋側）とする代わりに、中立（ゼロ）または圧縮側（−側）として曲げ加工を行ったものである。

本発明は、曲り管が必要な配管、機械部品、電気部品など幅広い工業分野に利用することができる。

本発明装置の一例を示す平面図である。 従来のプッシュロータリー式曲げ加工装置の一例を示す平面図である。

符号の説明

Ｗ パイプ（管）
１ 装置台
２ 曲げ型
２Ｕ 溝（曲げ型の溝）
３ 押し型
３Ｕ 溝（押し型の溝）
４ アクチュエータ（加圧用アクチュエータ）
５ アクチュエータ（張力付加用アクチュエータ）
６ チャック
７ アーム
８ ロール保持部
９ クランプフレーム
１０ クランプ
１１、１２ 回転軸

Claims (6)

1. パイプの曲げ形状に対応する溝をもつ曲り部の始端側にパイプ保持部を備えた曲げ型と、該曲げ型を曲り部終端側ほど回転半径が減少するように回転中心位置を偏心させて回転可能に軸支する回転軸と、パイプの曲げ形状に対応する溝をもち該溝と曲げ型の溝とでパイプを挟持して転がり移動可能な押し型と、該押し型を、前記曲り部の回転軸に向かって押すアクチュエータと、前記パイプ保持部で一端部を保持されたパイプの他端部に管軸方向荷重を付加可能な張力付加部とを有することを特徴とするパイプの曲げ加工装置。
2. 前記曲げ型の溝の弧長と前記押し型の溝の弧長の和は、曲げ加工前のパイプの周長よりも小さいことを特徴とする請求項１記載のパイプの曲げ加工装置。
3. 前記張力付加部は、回転可能、および/または前記アクチュエータの押し方向に移動可能に設けられたことを特徴とする請求項１または２に記載のパイプの曲げ加工装置。
4. 前記回転軸を駆動する手段を設けた請求項１〜３のいずれかに記載のパイプの曲げ加工装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の装置を用い、前記パイプ保持部に一端部を保持せしめたパイプの他端部に管軸引張荷重を付加しつつ、該パイプを前記曲げ型と押し型で挟持し、該押し型を前記アクチュエータで前記回転軸に向かって押して前記曲げ型を偏心回転させることにより該パイプを曲げると共に曲げ部に絞り加工を施すことを特徴とするパイプの曲げ加工方法。
6. 前記管軸引張荷重は下記式（１）で定義される管軸方向張力比が０．０１以上になるように付加し、前記絞り加工は下記式（２）で定義される曲げ部周長絞り率が０．５％以上になるように付加することを特徴とする請求項５記載のパイプの曲げ加工方法。
   記
   管軸方向張力比＝管軸引張荷重/（素管断面積×素管降伏強度）‥‥‥‥（１）
   曲げ部周長絞り率＝（素管周長−曲げ加工後の管周長）/素管周長×１００（％）‥‥‥‥（２）
   ここで、素管とは曲げ加工前のパイプを指す。